Eksoskeletal mikrostruktur af ekstremt hårde kokosnøddekrabbekløer

NIMS Research Center for Structural Materials og Okinawa Churashima Foundation Research Center konstaterede i fællesskab mikrostrukturen og den kemiske sammensætning af de ekstremt hårde eksoskeletons af kokosnøddekrabbekløer, som er i stand til at generere en stærkere klemmekraft end noget andet krebsdyr. Det lykkedes også at skabe tredimensionelle billeder af kløernes komplekse eksoskeletale vævsstrukturer.

Kokosnøddekrabben - en eremitkrabbe, der har udviklet sig til at opgive skalbærende adfærd - er et af de største terrestriske krebsdyr. Dets befolkningstal er alvorligt faldet globalt, og i Japan, de bebor kun områderne omkring Okinawa Prefecture. I løbet af sin udvikling, kokosnøddekrabben udviklede et panserlignende eksoskelet til at beskytte sig selv mod naturlige fjender og mistede evnen til at passe ind i tomme muslingeskaller. Selvom nogle Okinawan-regioner traditionelt spiser kokosnøddekrabber, de er kendt for at have meget hårdere exoskeletter end andre spiselige krebsdyr, såsom opilio-krabben (Chionoecetes opilio) og den røde kongekrabbe (Paralithodes camtschaticus). Kokoskrabben blev omtalt som et farligt væsen i "72 Dangerous Animals:Asia, " en Netflix-distribueret naturdokumentarserie. Krabben har en klemkraft, der er lig med eller overstiger 90 gange dens kropsvægt, en af ​​de højeste værdier registreret blandt levende organismer. Ud over, klemmekraften af ​​en fuldvoksen 4 kg kokosnøddekrabbe er cirka 360 kg, hvilket svarer til en løves bidekraft. Det var ukendt, imidlertid, hvordan eksoskelettet af en kokoskrabbeklo kan være både let og i stand til at modstå så stærk kraft uden at gå i stykker.

For at finde et svar på dette spørgsmål, dette forskerhold undersøgte eksoskeletale væv og mikrostrukturer af kløerne på kokosnøddekrabber, der vejer cirka 1 kg, målte sammensætningen og hårdheden af ​​eksoskelettet i forskellige dybder og skabte 3D-billeder af komplekset, mikroskopiske laminerede strukturer (dvs. snoede krydsfinerlignende strukturer) i exoskeletet. De vigtigste resultater er som følger:

• Den ydre overflade af kloen er hård som stål.
• Den tynde, hårdt, det forkalkede ydre lag er sammensat af stakke af ca. 100 mikroskopiske plader med gradvist snoede vandrette orienteringer. Denne struktur gør det hårde ydre lag modstandsdygtigt over for at falde sammen, selv når nogle af pladerne er beskadigede.
• Det porøse indre lag af eksoskelettet er blødere end det ydre lag og er i stand til at absorbere ydre kraft, beskytte kloen mod beskadigelse.
• 3D-billeder af disse strukturer i forskellige dybder i exoskeletet blev skabt for første gang ved hjælp af avancerede mikroskoper og teknikker designet til materialeteknik.

Der er gjort en stor indsats for at udvikle strukturelle materialer, der er både lette og seje. At forstå den eksoskeletale struktur af kokosnøddekrabbekløer - som er lette og i stand til at modstå den stærkeste klemmekraft blandt krebsdyr - kan give nyttig indsigt i udviklingen af ​​disse materialer. Sådanne materialer kan potentielt bruges i køretøjer (f.eks. biler og fly) komponenter, reduktion af kuldioxidemissioner. Ud over, disse materialer kan være anvendelige til udvikling af små medicinske anordninger, såsom stærke, pincet med lille diameter med meget stærk gribekraft.

Denne forskning blev offentliggjort i Materialer &Design , en åben adgangsjournal, den 28. april, 2021.